周雪明,黃桂武,劉彬,謝荏棠,鄔培慧,吳潤(rùn)柏
1.南方醫(yī)科大學(xué)附屬東莞人民醫(yī)院關(guān)節(jié)外科,廣東 東莞 523059;2.中山大學(xué)附屬第一醫(yī)院關(guān)節(jié)外科,廣州 510080
全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)(total hip arthroplasty,THA)中,臼杯假體植入不良會(huì)導(dǎo)致關(guān)節(jié)脫位、雙下肢不等長(zhǎng)、假體過(guò)度磨損等并發(fā)癥,是THA 術(shù)后翻修的主要原因之一[1~3]。傳統(tǒng)的臼杯植入方法是術(shù)者憑經(jīng)驗(yàn)判斷植入方位徒手打入;計(jì)算機(jī)導(dǎo)航或/和機(jī)器人輔助定位技術(shù)可提高臼杯植入的準(zhǔn)確性以及可重復(fù)性,但其高昂的費(fèi)用及設(shè)備要求,尚未能普及[4~6];利用髖臼橫韌帶,髖臼切跡等解剖學(xué)標(biāo)記定位方法則缺乏國(guó)人的解剖學(xué)基礎(chǔ)研究[7~9];基于CT 數(shù)據(jù)的術(shù)前三維規(guī)劃有良好的精確性和臨床適用性[10]。本研究利用術(shù)前三維規(guī)劃軟件BOHOLO 對(duì)股骨頸骨折患者正常髖臼及Crowe Ⅱ/Ⅲ型DDH 患者髖臼的CT 斷層圖像建模,模擬全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)植入目標(biāo)臼杯(方位:前傾角20°,外展角40°,骨床-臼杯覆蓋率>75%),在1、4、7、10點(diǎn)鐘4個(gè)方向測(cè)量臼杯外露長(zhǎng)度即臼杯邊緣與髖臼骨性邊緣的距離,并作統(tǒng)計(jì)分析,為T(mén)HA 術(shù)中徒手臼杯定位技術(shù)提供解剖學(xué)依據(jù),提高植入的準(zhǔn)確性。本研究臨床資料收集經(jīng)醫(yī)院倫理委員會(huì)審批并通過(guò)(IRB No.2013-32)。
收集2018年10月至2019年10月中山大學(xué)附屬第一醫(yī)院及東莞市人民醫(yī)院的股骨頸骨折患者及Crowe Ⅱ/Ⅲ型DDH 患者的髖關(guān)節(jié)CT 掃描數(shù)據(jù)。
納入標(biāo)準(zhǔn):(1)年齡≥18歲;(2)正常髖臼組為診斷股骨頸骨折并排除其他髖臼疾病及畸形的患者,DDH 組為診斷為Crowe Ⅱ/Ⅲ型DDH 患者;(3)影像學(xué)資料清晰。排除標(biāo)準(zhǔn):(1)既往髖關(guān)節(jié)陳舊骨折、手術(shù)史;(2)Legg-CalvePerthes 綜合征;(3)髖關(guān)節(jié)感染;(4)髖臼或股骨腫瘤病史;(5)CT 掃描不合格。
共計(jì)36例(42髖)Crowe Ⅱ/Ⅲ型DDH 患者符合納入標(biāo)準(zhǔn),設(shè)為DDH 組;選擇同期確診股骨頸骨折并排除髖臼疾病及畸形的患者51例(66髖)為正常組。兩組人群的一般資料比較,差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05),見(jiàn)表1。
表1 患者一般資料()Tab.1 General information of patients (Mean±SD)
表1 患者一般資料()Tab.1 General information of patients (Mean±SD)
1.2.1 構(gòu)建骨盆三維模型 將患者CT 掃描DICOM原始數(shù)據(jù)導(dǎo)入BOHOLO 軟件(Fengsuan Ltd.,上海)進(jìn)行骨盆三維模型重建,通過(guò)區(qū)分髖臼邊緣及股骨側(cè),分離出骨盆三維模型。設(shè)定骨盆標(biāo)準(zhǔn)方位,雙側(cè)髂前上棘與恥骨聯(lián)合中點(diǎn)(骨盆前平面)與標(biāo)志線對(duì)齊;定義臼緣邊界,將髖臼內(nèi)緣及下緣與標(biāo)志線對(duì)齊(圖1)。重建后的3D 骨盆模型可以任意放大或縮小,在任意空間范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn),1個(gè)視野中同時(shí)顯示3個(gè)正交斷面圖像和三維圖像,便于觀察。
1.2.2 模擬THA 臼杯植入 自動(dòng)化設(shè)計(jì)生成半球型三維CAD 髖臼杯模型,若患側(cè)髖臼為左側(cè),則通過(guò)骨盆中間矢狀面鏡像為右側(cè)髖臼,在冠狀位和矢狀位以外展40°、前傾20°將臼杯模型置入三維骨盆的髖臼;根據(jù)髖臼前后徑調(diào)換合適的臼杯型號(hào),平移調(diào)整臼杯在水平方向的位置,使臼杯充分利用髖臼內(nèi)壁骨質(zhì);臼杯旋轉(zhuǎn)中心的高度從初始位置(臼杯下緣平齊至髖臼下緣)開(kāi)始調(diào)整,若初始位置骨床-臼杯覆蓋率小于75%,則上移臼杯使覆蓋率大于75%(圖2A)。
1.2.3 測(cè)量指標(biāo)(1)臼杯中心距髖臼下緣的距離;(2)右側(cè)髖臼1、4、7、10點(diǎn)鐘臼杯邊緣與髖臼骨性邊緣的距離,以髖臼切跡后下方骨性隆起最高點(diǎn)作7點(diǎn)鐘標(biāo)志點(diǎn),其與髖臼中點(diǎn)連線交臼緣為1點(diǎn)鐘標(biāo)志點(diǎn),過(guò)髖臼中點(diǎn)作7點(diǎn)與1點(diǎn)連線的垂線,分別交臼緣于4點(diǎn)鐘、10點(diǎn)鐘標(biāo)志點(diǎn),髖臼邊緣外露記為+,臼杯邊緣外露記為-(圖2B)。
采用SPSS 21.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,計(jì)量資料滿(mǎn)足正態(tài)分布采用t檢驗(yàn)比較,以()表示,P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,并計(jì)算各組的變異系數(shù)CV。
測(cè)得正常髖的臼杯中心距髖臼下緣切線高度為(16.26±0.93)mm,Crowe Ⅱ/Ⅲ型髖的臼杯中心至髖臼下緣距離為(22.09±4.10)mm,差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。正常髖的臼杯邊緣與髖臼骨性邊緣在1、4、7、10點(diǎn)鐘的距離分別為(5.06±2.52)、(5.19±3.26)、(9.71±1.68)、(0.11±5.08)mm;Crowe Ⅱ/Ⅲ型DDH 髖臼則分別為(-1.62±6.25)、(8.02±5.06)、(13.88±4.33)、(-5.21±5.68)mm,髖臼正常組與DDH 組4個(gè)方向的解剖參數(shù)對(duì)比P均<0.05,差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(表2)。
各方向外露中,后下邊緣(7點(diǎn)鐘方向)外露長(zhǎng)度變異系數(shù)為0.173,小于其他方向外露長(zhǎng)度的變異系數(shù),正常組7點(diǎn)鐘方向外露長(zhǎng)度離散程度明顯小于其余組,且年齡、性別無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異,見(jiàn)圖3及表3~4。
圖1 髖臼模型構(gòu)建及標(biāo)準(zhǔn)方位設(shè)定A:股骨頭及髖臼數(shù)字化分割顯示B:髖臼模型提取C:設(shè)定骨盆標(biāo)準(zhǔn)方位D:定義骨性髖臼下緣及內(nèi)側(cè)緣Fig.1 Reconstruction of acetabular model and setting of standard orientation A:Digital segmentation and display of femoral head and acetabulum;B:Acetabular model extraction; C:Setting the standard orientation of the pelvis; D:Definition of the inferior and medial osseous margins of the acetabulum
圖2 模擬THA 臼杯植入 A:臼杯以設(shè)定的角度參數(shù)自動(dòng)植入并微調(diào)至最佳位置B:確定臼緣與臼杯骨性標(biāo)志測(cè)量點(diǎn)Fig.2 Simulation of THA for cup implantationA: The cup was automatically implanted with the setting angle parameters and fine tune to determine the optimal position; B: Determined the location points of the acetabular margin and bone markers around the cup in all directions
目前臨床常用的臼杯定位技術(shù)是依據(jù)術(shù)前X 光平片影像,通過(guò)術(shù)中骨性標(biāo)志及軟組織解剖輔助定位,解剖參考主要有髖臼固有前傾角、髖臼切跡、髖臼切跡角、髂后上棘、髖臼窩、髖臼橫韌帶等,操作便捷,但依賴(lài)術(shù)者經(jīng)驗(yàn)。對(duì)于復(fù)雜的髖關(guān)節(jié)畸形,術(shù)前基于CT 或MRI 等影像學(xué)資料進(jìn)行三維計(jì)劃,有助于全面、精準(zhǔn)、直觀地了解病變程度以及擬定假體的植入位置,預(yù)先評(píng)估術(shù)中及術(shù)后潛在的風(fēng)險(xiǎn),降低手術(shù)風(fēng)險(xiǎn),提高手術(shù)效果[8,9]。然而,該技術(shù)依賴(lài)專(zhuān)項(xiàng)軟件,需要薄層CT 的DICOM 圖像文件,是阻礙其普及應(yīng)用的重要原因。計(jì)算機(jī)輔助導(dǎo)航系統(tǒng)、機(jī)器人等有助于術(shù)中按照術(shù)前規(guī)劃精確操作,但設(shè)備昂貴。Maruyama 等[9]參照髖臼切跡角行THA,術(shù)后關(guān)節(jié)脫位率0.32%(2/631)。Archbold 等[8,11]利用髖臼橫韌帶評(píng)估臼杯深度和高度,術(shù)后8個(gè)月隨訪脫位率為0.6%(6/1000)。Mihalko 等[7]利用Ortho Pilot 導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)以髂后上棘連線為解剖標(biāo)記進(jìn)行髖臼杯定位較髖臼橫韌帶更為準(zhǔn)確,且在側(cè)臥位更易獲得。但這些傳統(tǒng)解剖定位標(biāo)志術(shù)中不易暴露,軟組織破壞較多,手術(shù)難度較大,僅47%的患者術(shù)中能完整識(shí)別髖臼橫韌帶,且未改善臼杯位置準(zhǔn)確性[12~14]。
表2 兩組患者植入臼杯的解剖參數(shù)測(cè)量結(jié)果(,mm)Tab.2 Comparison of the measurement results of the parameters of the implanted cup between the two groups (Mean±SD,mm)
表2 兩組患者植入臼杯的解剖參數(shù)測(cè)量結(jié)果(,mm)Tab.2 Comparison of the measurement results of the parameters of the implanted cup between the two groups (Mean±SD,mm)
圖3 兩組植入臼杯各方向外露測(cè)量結(jié)果比較,正常組7點(diǎn)鐘方向外露長(zhǎng)度離散程度最小Fig.3 Comparison of measurement results of implanted cup exposure in all directions between the two groups,the dispersion of exposure distance at 7 o’clock direction in normal group was less than that in other groups
表3 臼杯7點(diǎn)鐘方向外露長(zhǎng)度性別比較(,mm)Tab.3 Comparison of exposed length of cup at 7 o’clock direction between male and female(Mean±SD,mm)
表3 臼杯7點(diǎn)鐘方向外露長(zhǎng)度性別比較(,mm)Tab.3 Comparison of exposed length of cup at 7 o’clock direction between male and female(Mean±SD,mm)
本項(xiàng)目以正常髖臼與Crowe Ⅱ/Ⅲ型DDH 髖臼作為研究對(duì)象,通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件模擬THA 臼杯植入,設(shè)置最佳位置即前傾角20°,外展角40°,髖臼覆蓋率>75%,于髖臼的1、4、7、10點(diǎn)鐘4個(gè)方向測(cè)量臼杯邊緣與髖臼骨性邊緣的距離,為T(mén)HA 術(shù)中以臼杯與髖臼位置關(guān)系輔助定位臼杯技術(shù)提供解剖學(xué)研究基礎(chǔ),提高臼杯植入的準(zhǔn)確性。本研究發(fā)現(xiàn),對(duì)于髖臼形態(tài)正常的患者行全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)時(shí),髖臼后下壁(右髖7點(diǎn)鐘方向,左髖5點(diǎn)鐘方向)的外露長(zhǎng)度為(9.71±1.68)mm,變異系數(shù)為0.173,小于其他方向外露長(zhǎng)度的變異系數(shù),且無(wú)性別、年齡明顯差異,因此,髖臼后下壁的外露長(zhǎng)度可作為正常髖臼杯定位的一個(gè)相對(duì)恒定的解剖學(xué)參照指標(biāo),當(dāng)臼杯原位植入的旋轉(zhuǎn)中心高度為(16.26±0.93)mm,可獲得滿(mǎn)意的骨床-臼杯覆蓋率。而對(duì)于髖臼解剖結(jié)構(gòu)嚴(yán)重異常的如Crowe Ⅱ/Ⅲ型患者,其各方向的髖臼骨緣外露長(zhǎng)度變異較大,臼杯需適當(dāng)上移以提高骨床-臼杯覆蓋率,臼杯中心平均高度為(22.09±4.10)mm,相對(duì)于正常髖臼,臼杯中心上移約6 mm;但因缺乏正常解剖參考來(lái)辨別臼杯安裝角度,若采用傳統(tǒng)徒手銼磨髖臼定位技術(shù)容易在旋轉(zhuǎn)中心定位、銼磨深度以及臼杯開(kāi)口角度等產(chǎn)生較大誤差。因此,對(duì)于髖臼發(fā)育不良、嚴(yán)重畸形、嚴(yán)重骨贅增生的患者初次行THA 時(shí),有必要進(jìn)行術(shù)前三維分析,了解髖臼形態(tài)、骨質(zhì)缺損程度,擬定臼杯安裝位置和臼杯型號(hào),借助個(gè)性化的定位測(cè)量,實(shí)現(xiàn)臼杯假體精準(zhǔn)植入[15,16]。
表4 不同年齡段臼杯7點(diǎn)鐘方向外露長(zhǎng)度(,mm)Tab.4 Comparison of exposed length of cup at 7 o’clock direction in different age groups(Mean±SD,mm)
表4 不同年齡段臼杯7點(diǎn)鐘方向外露長(zhǎng)度(,mm)Tab.4 Comparison of exposed length of cup at 7 o’clock direction in different age groups(Mean±SD,mm)
本研究不足之處,研究系數(shù)字骨科形態(tài)學(xué)分析結(jié)果,需要前瞻性臨床研究驗(yàn)證;未考慮周?chē)浗M織、骨性結(jié)構(gòu)發(fā)育異常等對(duì)臼杯的影響,今后需增加樣本量、大體研究及臨床應(yīng)用分析等以佐證結(jié)果。
綜上所述,本實(shí)驗(yàn)采用基于CT 圖像的臨床解剖研究,以電腦模擬臼杯植入,構(gòu)建THA 臼杯植入模型,測(cè)量臼杯與正常髖臼、Crowe Ⅱ/Ⅲ型髖臼的位置參數(shù)及外露長(zhǎng)度,為全髖置換術(shù)臼杯假體植入最佳位置提供依據(jù);較實(shí)體骨盆標(biāo)本更便捷,方便模擬手術(shù),測(cè)量精度好,可重復(fù)性強(qiáng)[17]。